Analysis of HAZ with Ansys in S355jr Structural Steels Joined by Flash Butt Welding

Year 2024, Volume: 27 Issue: 6, 2173 - 2179

Uğur Arabacı

https://doi.org/10.2339/politeknik.1428444

Abstract

In this study, we focus on predicting the HAZ, which is a region whose mechanical properties are not clearly known, by modeling factors such as temperature input and heat turbulence, which may have different properties in the welding region. This is important for the safety of welded structures, because if the mechanical and thermal properties of these structures, which are used in many areas, can be determined in advance, they can be used more safely. In the study, flash butt welding method was preferred and holes were opened at regular intervals in the samples that were brought to appropriate dimensions for the welding process, and temperature values were measured and recorded using thermocouples and data loggers during the welding process. Additionally, the maximum temperature reached in the welding area was measured using a thermal camera during welding. Microstructural changes occurring in the joining regions of the welded test pieces were examined using light microscopy and scanning electron microscopy (SEM). Micro hardness measurements were made to determine mechanical properties. Using the ANSYS program, three-dimensional models were created using the finite element method under the same experimental conditions and compared with the experimental results. As a result of this comparison, it was seen that the findings were compatible with the actual results. For this reason, it is emphasized that the use of simulation programs is important to predict the properties of welded structures and possible problems.

Keywords

Flash butt welding, ansys, thermal analysis, welding metallurgy, structural steels

Yakma Alın Kaynağıyla Birleştirilmiş S355jr Yapı Çeliklerinde ITAB’ın Ansys ile Analizi

Abstract

Bu çalışmada, mekanik özellikleri net olarak bilinemeyen bir bölge olan ITAB'ın, kaynak bölgesinin farklı özelliklere sahip olabileceği sıcaklık girdisi ve ısı türbülansı gibi etmenlerin modelleme ile önceden tahmin edilmesi üzerine odaklanılmıştır. Bu, kaynaklı yapıların güvenliği açısından önemlidir, çünkü birçok alanda kullanılan bu yapıların mekanik ve termal özellikleri önceden belirlenebilirse, daha güvenli bir şekilde kullanılabilirler. Çalışmada yakma alın kaynağı yöntemi tercih edilmiş ve kaynak işlemi için uygun boyutlara getirilen numunelere belirli aralıklarla delikler açılarak, kaynak işlemi sırasında termokupl ve datalogger kullanılarak sıcaklık değerleri ölçülmüş ve kaydedilmiştir. Ayrıca, kaynak esnasında termal kamera kullanılarak kaynak bölgesinin ulaştığı maksimum sıcaklık da ölçülmüştür. Kaynaklı birleştirilen deney parçalarının birleştirme bölgelerinde meydana gelen mikroyapısal değişiklikler, ışık mikroskobu ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılarak incelenmiştir. Mekanik özelliklerin belirlenmesinde mikro sertlik ölçümleri yapılmıştır. ANSYS programı kullanılarak sonlu elemanlar yöntemiyle aynı deneysel şartlarda üç boyutlu modellemeler oluşturulmuş ve deneysel sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Bu karşılaştırma sonucunda, elde edilen bulguların gerçek sonuçlarla uyumlu olduğu görülmüştür. Bu nedenle, simülasyon programlarının kullanımının, kaynaklı yapıların özelliklerinin ve olası sorunların önceden tahmin edilebilmesi için önemli olduğu vurgulanmıştır

Keywords

Yakma alın kaynağı, ansys, termal analiz, kaynak metalurjisi, yapı çelikleri

References

• [1] Kökçe, Y. “Demiryolu taşıt ve raylarının üretim ve tamir-bakımında uygulanan kaynak yöntemlerinin karşılaştırmalı olarak incelenmesi”, (yüksek lisans tezi), İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, Türkiye. (2002).
• [2] Onay, M. “Demiryollarında Alüminotermit Kaynak ile Yakma Alın Kaynak Yöntemlerinin Teknik ve Ekonomik Yönden Karşılaştırılması”, (yüksek lisans tezi), Bahçeşehir Üniversitesi, İstanbul, Türkiye. (2011).
• [3] Fischer, S., Eller, B., Kada, Z. and Nemeth, A. “Railway construction”, Unıversıtas- Győr Nonprofıt, Kft.–Győr ISBN: 978- 615-5298-69-1. (2015).
• [4] Kuday, N. ve Ertürk, İ. “Raylarda Yakma Alın Kaynağı,” TMMOB Makina Mühendisleri Odası Kaynak Teknolojisi 1. Ulusal Kongresi, Ankara, Türkiye. (13-15 Kasım 1997).
• [5] Esveld, C. “Modern Railway Track”, MRT Productions, Holland. (2001). [6] Fujii,M. Nakanowatari H. and Nariai K., “Rail flash butt welding technology,” JFE Technical Report, no. 20, pp. 159-163, (2015).
• [7] Boumerzoug, Z., Delaunois, F., Beziou, O., Hamdi, I. “Investıgatıon Of The Heat Affected Zone By Thermal Cycle Sımulatıon Technıque”. The International Journal of Materials and Engineering Technology, 5(2): 80-83. (2022).
• [8] Ebrahimpour A., Mostafapour A., Haghi N., “3D Coupled Thermal-Electrical-Structural Finite Element Investigation on the Effect of Welding Parameters on the Geometry of Nugget Zone and HAZ in RSWed TRIP Steel joints”. Iranian Journal of Materials Science and Engineering, 20(1): (2023).
• [9] Turan E., Dursunlar M. and Çuğ H., “Investigation of welding residual stress in the flash-butt joint of R260 grade rail,” Fourth International Railway Systems Symposium (ISERSE’18), Karabük, Türkiye, 735-733. (2018).
• [10] Turan M.E., “R260 kalite tren raylarında kalıntı gerilmenin belirlenmesi ve bunun mekanik özelliklere etkisinin incelenmesi,” M.Sc. dissertation, Dept. Metallurgy and Materials Eng., Karabük Univ., (2015).
• [11] Breckling J., Ed., “The Analysis of Directional Time Series: Applications to Wind Speed and Direction, ser”. Lecture Notes in Statistics. Berlin, Germany: Springer, 61: (1989).
• [12] Tanürün H, Akın A, Acır A. “Rüzgâr Türbinlerinde Kiriş Yapısının Performansa Etkisinin Sayısal Olarak İncelenmesi”. Politeknik Dergisi, 24(3): 1219- 1226. 10.2339/politeknik.845804 (2021).
• [13] Koçak, M. R., & Korkut, İ. “İnsansız Hava Aracı Burun İniş Takımı Çatalı için Topoloji Optimizasyonu Uygulaması”. Politeknik Dergisi, 26(4): 1393-1403. (2023).
• [14] Erdemir, F., & Özkan, M. T. “Determination of Mechanical Properties of Fruit Shell Powders Reinforced Wood Plastic Composite (WPC) Materials and Case Study for I-Type Snap-Fit Model”. Politeknik Dergisi, 26(3): 1243-1253. (2023).
• [15] Dauod S. Dauod, Mohammed S. Mohammed, Israa A.A. Azız, Ahmed S. Abbas. “Mechanıcal Vıbratıon Influence In Mıcrostructural Alteratıons And Mechanıcal Propertıes Of 304 Staınless Steel Weld Joınts”. Journal of Engineering Science and Technology Special Issue on ICCSD2023, July (2023).